Zaburzenia w składzie mikrobiomu przewodu pokarmowego człowieka są ściśle powiązane ze stylem życia, dietą i narażeniem na stres. Literatura wskazuje na duży postęp w badaniach składu mikrobiomu jelit i jego wpływu na choroby autoimmunologiczne, raka jelita grubego, próchnicę zębów, czy powiązania pomiędzy mikrobiomem i mózgiem (wpływ na depresję i autyzm). Bada się też wpływ mikrobiomu matki na zasiedlanie organizmu noworodka przez łożysko lub nawet na przedwczesne porody. Ważnym elementem badań jest ocena wpływu zmian środowiska na mikrobiom i rozwój chorób cywilizacyjnych, zwłaszcza na cukrzycę, otyłość i choroby nowotworowe.
W 2015 roku oszacowano, że odporne na antybiotyki patogeny powodują około 50.000 zgonów rocznie w Europie i USA, a liczba ofiar wzrośnie do 10 milionów zgonów rocznie na całym świecie w 2050 roku. Dane te sugerują, że zbliżamy się do końca ery antybiotykowej. Antybiotyki, zwłaszcza beta-laktamowe i fluorochinolony, których stosowanie prowadzi do biegunki i zapalenia jelita grubego jest ściśle związane ze zmianą składu i funkcji mikrobiomu przewodu pokarmowego. Badania dowiodły, że pięć dni podawania fluorochinolony spowodowało wyeliminowanie lub stłumienie około jednej trzeciej mikrobiomu w kale po trzech-czterech dniach terapii antybiotykowej. Odbudowanie populacji było możliwe w ciągu tygodnia od zakończenia terapii, jednak ta odbudowa była niekompletna.
Ponadto rokuje się, że etiologia 15% chorób nowotworowych związana jest z infekcjami bakteryjnymi. Przyczyną takiej sytuacji może być fakt, że niektóre bakterie komensale są zdolne do przekształcania prokarcynogenów w związki uszkadzające DNA (np. etanol, heterocykliczne aminy) lub bezpośrednio wytwarzają karcynogeny (np. fecapentaenes), jak również stymulują wytwarzanie wolnych rodników tlenowych (np. Enterococcus faecalis), przez co wzrasta ryzyko rozwoju raka jelita grubego.
Coraz większy związek upatruje się pomiędzy zaburzeniami w składzie mikrobiomu przewodu pokarmowego a otyłością. Turnbaugh i in. (2006) udowodnili, że skład mikrobiomu jelitowego wpływa na masę ciała. Autorzy przeprowadzili transfer mikroorganizmów z jelit homozygotycznych myszy otyłych ob/ob. (myszy z genetycznie uwarunkowanym brakiem leptyny wynikającym z mutacji typu nonsens w 105 kodonie genu ob.) i myszy o prawidłowej masie ciała do jelit myszy „germ free” (wolne od wszystkich wykrywalnych mikroorganizmów i pasożytów). Po dwóch tygodniach zaobserwowano, że myszy, którym przeszczepiono mikrobiom od myszy otyłych, pozyskiwały więcej kalorii z pożywienia i wykazywały szybsze odkładanie tkanki tłuszczowej. Dodatkowo zmiany mikrobiomu jelit indukują stany zapalne i otyłość przez wpływ na komórki nabłonka jelitowego, na enteroendokrynowe komórki i wydzielanie hormonów jelitowych jak glukagonopodobne peptydy 1 i 2 (GLP-1 I GLP-2). GLP-1 stymuluje wydzielanie insuliny, opóźnia pasaż pożywienia przez żołądek, wywołuje objaw sytości i spadek masy ciała, GLP-2 zwiększa transport glukozy z jelit i obniża przepuszczalność ściany jelita. Tak więc mikrobiom, działając na enteroendokrynowe komórki, wpływa na metabolizm.
Ponadto bakterie jelitowe uczestniczą w dojrzewaniu i wymianie enterocytów, immunomodulacji, aktywności motorycznej przewodu pokarmowego, metabolizmie leków, rozkładaniu obecnych w pożywieniu toksyn i karcynogenów (np. heterocykliczne aminy, związki N-nitrozowe), fermentowaniu niestrawionych składników pożywienia, w produkcji niezbędnych witamin (K, B12, kwas foliowy, B1, B6), w recyrkulacji kwasów żółciowych (poprzez wytwarzanie hydrolaz kwasów żółciowych), a także w ochronie przed kolonizacją jelit przez bakterie patogenne, takie jak Escherichia coli, Vibrio cholerae, Clostridium spp., Salmonella spp. i Shigella spp..
Metodyka
W pierwszym etapie prac określono zmienność wybranych grup drobnoustrojów wchodzących w skład mikrobiomu kałowego osób: zdrowych, aktywnych fizycznie, deklarujących nie przyjmowanie antybiotyków (przez okres min. 1 roku), odżywiających się w sposób racjonalny i zgodny z podstawowymi zasadami zdrowego żywienia, niespożywającymi alkoholu (grupa kontrolna); osób w wieku powyżej 75-go roku życia; pacjentów 2 tygodnie po zakończonej terapii antybiotykowej; pacjentów po zakończonej chemioterapii i osób otyłych (BMI>30) i przygotowano wystandaryzowaną zaszczepkę symulującą mikrobiom jelitowy. Wystandaryzowana zaszczepka mikrobiomu jelitowego pochodziła od dawców z powyżej wymienionych grup i zawierała bakterie probiotyczne (z rodzaju Lactobacillus i Bifidobacterium), bakterie (głownie) stymulujące odporność (niepatogenne E. coli i z rodzaju Enterococcus), a także mikrobiotę potencjalnie chorobotwórczą (bakterie proteolityczne tzw. gnilne, bakterie z rodzaju Clostridium i grzyby drożdżopodobne z rodzaju Candida).
Obecność i liczebność drobnoustrojów z danej grupy była zróżnicowana w zależności od pochodzenia zaszczepki. Do izolacji i oznaczenia liczby drobnoustrojów wykorzystano odpowiednie dla danego rodzaju pożywki mikrobiologiczne.
Wyniki
Legenda: słupki niebieskie – liczba drobnoustrojów w wystandaryzowanej zaszczepce pochodzącej z mikrobiomu jelitowego; słupki czerwone – liczba drobnoustrojów w wystandaryzowanej zaszczepce pochodzącej z mikrobiomu jelitowego po trawieniu in vitro obecności płynnego produktu probiotycznego
Wnioski
Obecność kwasów organicznych w produkcie probiotycznym spowodowała wyraźną redukcję niepożądanych drobnoustrojów z rodzaju Clostridium i E.coli.
Drobnoustroje z innych grup utrzymały się na zbliżonym poziomie w porównaniu do zaszczepki, co może świadczyć, że mikrobiom pochodzący od zdrowych osób wykazuje wysoką odporność na kwasy organiczne i charakteryzuje się dobrą witalnością.
Legenda: słupki niebieskie – liczba drobnoustrojów w wystandaryzowanej zaszczepce pochodzącej z mikrobiomu jelitowego; słupki czerwone – liczba drobnoustrojów w wystandaryzowanej zaszczepce pochodzącej z mikrobiomu jelitowego po trawieniu in vitro obecności płynnego produktu probiotycznego
Wnioski
Po zastosowaniu produktu probiotycznego, w składzie mikrobiomu jelitowego nastąpiła redukcja większości oznaczanych grup drobnoustrojów.
Ponadto zaobserwowano całkowitą eliminację niepożądanych drobnoustrojów tj. bakterii proteolitycznych i grzybów drożdżopodobnych.
Drobnoustroje wchodzące w skład mikrobiomu jelitowego osób starszych mogą cechować się obniżoną witalnością i zwiększoną wrażliwością na kwasy organiczne i polifenole.
Legenda: słupki niebieskie – liczba drobnoustrojów w wystandaryzowanej zaszczepce pochodzącej z mikrobiomu jelitowego; słupki czerwone – liczba drobnoustrojów w wystandaryzowanej zaszczepce pochodzącej z mikrobiomu jelitowego po trawieniu in vitro obecności płynnego produktu probiotycznego
Wnioski
Po zastosowaniu produktu probiotycznego zaobserwowano wzrost liczby drobnoustrojów o potencjale probiotycznym.
Ponadto zaobserwowano redukcję drobnoustrojów niepożądanych jak bakterie z rodzaju Clostridium, bakterie proteolityczne, a także grzyby drożdżopodobne.
Legenda: słupki niebieskie – liczba drobnoustrojów w wystandaryzowanej zaszczepce pochodzącej z mikrobiomu jelitowego; słupki czerwone – liczba drobnoustrojów w wystandaryzowanej zaszczepce pochodzącej z mikrobiomu jelitowego po trawieniu in vitro obecności płynnego produktu probiotycznego
Wnioski:
Zastosowanie produktu probiotycznego spowodowało całkowitą eliminację grzybów drożdżopodobnych.
Ponadto zaobserwowano redukcję liczebności większości grup drobnoustrojów, co może świadczyć o silnym osłabieniu witalności mikrobiomu, który został poddany działaniu substancji toksycznych (chemioterapeutyków).
Legenda: słupki niebieskie – liczba drobnoustrojów w wystandaryzowanej zaszczepce pochodzącej z mikrobiomu jelitowego; słupki czerwone – liczba drobnoustrojów w wystandaryzowanej zaszczepce pochodzącej z mikrobiomu jelitowego po trawieniu in vitro obecności płynnego produktu probiotycznego
Wnioski:
Zastosowanie produktu probiotycznego spowodowało redukcję wszystkich grup drobnoustrojów za wyjątkiem bakterii z rodzaju Bifidobacterium i bakterii proteolitycznych.
Wzrost liczby bakterii z rodzaju Bifidobacterium jest korzystny, ponieważ prowadzi do wyrównania jakościowo-ilościowego pomiędzy grupą Firmicutes (bakterie z rodzaju Lactobacillus) a Bifidobacteriales.
Źródło: Badania nad oceną jakości i biofunkcjonalności produktów probiotycznych firmy Living Food Sp. z o.o.. Monografia Naukowa, 2019.
